Die Rolle von Kieselsäureanhydrid und Kohlenstoff in den biogeochemischen Zyklen der Meere
Das Projekt MUSICC (Multi-proxy approach of marine silicon and carbon biogeochemical cycles) basierte auf zwei verschiedenen Forschungsachsen. Die erste Achse umfasste die Si- und C-Zyklen im Südlichen Ozean und wurde durch die beiden internationalen Projekte KEOPS-2 und SAZ erarbeitet. KEOPS-2 untersuchte eine auf natürliche Weise eisengedüngte Phytoplanktonblüte im Südlichen Ozean (Kerguelen-Plateau), die von Diatomeen - einer Gruppe von Algen - dominiert wird, die Si zum Aufbau ihrer Kieselschalen brauchen. In den Ergebnissen widerspiegelte sich auf deutliche Weise die Bedeutung der Zufuhr von Si im Sommer, wodurch die Wissenschaftler einen saisonalen Haushalt des Si-Zyklus oberhalb des Kerguelen-Plateaus vorschlagen konnten, was eines der spezifischen Ziele von MUSICC war. Dieser Haushalt umfasst die winterliche und sommerliche Si-Nährstoffversorgung aus der unteren Wassersäule und Masse und die Nettoerzeugung sowie den Austrag an Kieselsäureanhydrid. Das SAZ-Projekt nutzte Si-Isotopenmessungen zur Nachverfolgung saisonaler Ströme von Kieselsäureanhydrid in die Tiefsee, die durch Sedimentabscheider-Zeitreihen für die drei Hauptzonen (antarktisch, polar frontal und subantarktisch) des offenen Südlichen Ozeans erfasst wurden. Schwankungen in der ausgetragenen Strömung von biogenem Kieselsäureanhydrid ergaben, dass die Sinkgeschwindigkeit der Diatomeen im Winter auf sehr niedrige Werte absinkt, wodurch die Partikel bis zum nächsten Frühjahr in der Wassersäule bleiben können. Das Ganze hat maßgebliche Bedeutung für die biologische Kohlenstoffpumpe, welche den Kohlenstoff von der Oberfläche in die Tiefsee bringt, wo Kohlenstoff gespeichert wird. Die zweite Forschungsachse beschäftigte sich mit dem Si-Zyklus an der Grenzfläche zwischen den Kontinenten und dem Ozean. Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass das gelöste Si-Isotop (d30Si) durch die Bodennutzung im Teileinzugsgebiet gesteuert wird, und es deshalb als stellvertretend für die Empfindlichkeit gegenüber anthropogenen Belastungen des Si-Zyklus verwendet werden kann. MUSICC arbeitete mit indischen Wissenschaftlern zusammen, um sowohl in der Trocken- als auch der Monsunzeit Proben an 18 Mündungsgebieten zu nehmen, um den Si-Zyklus zu untersuchen. Die Resultate zeigen, dass die Si-Quelle für das Mündungsgebiet jahreszeitenunabhängig ist und sich auch während der Regenzeit nur wenig verändert. Daher scheint Si nicht der limitierende Nährstoff in den indischen Mündungsgebieten zu sein, und die Si-Isotope der Flüsse stromaufwärts der Mündungen stehen mehr mit der Witterung und der Bodennutzung als mit den jahreszeitlichen Abflüssen im Zusammenhang. Das Projekt MUSICC hat somit gezeigt, dass die natürliche Isotopenzusammensetzung von Si eine Identifizierung der Si-Quelle sowie quantitative Schätzungen von Si-Strömungen und Vermischungen im Jahreslauf gestattet. Zudem stellt die Si-Isotopenverdünnung das genaueste und empfindlichste Verfahren zur Bestimmung kurzzeitiger Aufnahme-Auflösungsströmungen dar.
Schlüsselbegriffe
Kohlenstoff, biogeochemische Zyklen, Silizium, MUSICC, Südlicher Ozean, Südpolarmeer